PT1260708E - Turbina eólica de tapete sem fim - Google Patents

Description

Descrição

Turbina eólica de tapete sem fim A presente invenção refere-se a um aparelho estático propulsor de vento e em particular a um aparelho que pode operar como motor de vento do tipo "estático" (uma vez que ele não tem membros de movimento no exterior) para explorar a força do vento em vários tipos de drives. Vários aparelhos são conhecidos no estado da arte que exploram as forças do vento como propulsor para vários tipos de aplicações motorizadas a jusantes, por exemplo a Patente Americana A-4049300, que discute um aparelho de acordo com reivindicação 1 preâmbulo, e a Patente Americana A-4186314 .

Estes aparelhos, no entanto, não são completamente satisfatórios, uma vez que eles requerem sempre arranjos complexos com tamanhos grandes (tais como por exemplo dois ou três aparelhos lamina do tipo moinho) que exigem custos elevados comparados com os resultados energéticos que eles obtêm no final. 0 objecto da presente invenção é resolver os problemas do estado da arte anteriores garantindo um aparelho estático propulsor de vento que tem arranjos simples como também custos muito baixos que permitem obter rendimentos de energia muito elevados para aplicações domésticas e industriais.

Um outro objecto da presente invenção é garantir como dito em cima que possa ser aplicado correspondentemente a qualquer tipo de velocidade de vento, adaptando-o mesmo 1/12 para altas velocidades e isso é realizado de modo a não ser negativamente afectado por entrada de altas velocidades de vento, mas pelo contrário para tirar partido delas no seu máximo. 0 objecto em cima e outros objectos e vantagens da invenção, como irão aparecer na seguintes descrição são obtidas por um aparelho como reivindicado na reivindicação 1. Incorporações preferidas e variações não triviais da presente invenção são reivindicadas nas reivindicações dependentes. A presente invenção será melhor descrita por algumas incorporações preferidas dadas como exemplos não limitativos, com preferência nos desenhos incluídos. Em que: A Figura 1 é uma vista lateral esquemática de uma incorporação do aparelho de acordo com a presente invenção: A Figura 2 é uma vista de detalhe do aparelho da Figura 1; A Figura 3 é uma vista lateral esquemática de uma possível variação de aparelho da Figura 1; e A Figura 4 é uma vista de detalhe do aparelho da Figura 3.

Com referencia às figuras, duas possíveis incorporações do aparelho estático propulsor de vento 1 da presente invenção são mostrados: será de notar para os qualificados na artes que os exemplos são puramente exemplos não limitativos da invenção, uma vez que numerosas variações são possíveis para ter em conta na realização das partes componentes 2/12 singulares, e os ângulos de inclinação que tais partes têm em relação à direcção do vento.

Como mostrados nas figuras, o aparelho 1 da invenção explora a energia do vento ao ser simultaneamente inserido no ambiente sem exposição dos membros interiores com o exterior, tais como, por exemplo, as laminas rotativas das máquinas de corrente com eixos horizontais, que são um sério perigo para veículos aéreos, em adição de serem extremamente caros e precisam, para a sua instalação, locais abertos que estejam o mais distante possível de áreas habitadas. 0 aparelho 1 da invenção, em vez disso, expõe ao vento uma secção dura e compacta, cuja forma é preferivelmente um rectângulo, e dentro com todos os membros móveis colocados cuja função é explorar a energia do vento. A sua forma rectangular é adaptada para melhor explorar a secção de vento, que não é completamente exposta pelos ventiladores com eixo horizontal, cuja face frontal exposta ao vento é de forma circular. Devido às suas características de não expor os membros moveis no exterior, este tipo de estrutura funciona bem melhor quando instalada perto de áreas habitadas, ou dentro delas, por exemplo nos telhados de prédios, ou em qualquer lugar que exponha um perfil duro ao vento. 0 aparelho 1 da invenção, como mostrado nas Figuras, tem uma estrutura de suporte 2 que permite que o vento entre ao longo da direcção A nas Figuras e a saída de vento ao longo da direcção C na Figura 1 e 3. Dentro da estrutura de suporte 2 um membro móvel ou um elemento propulsor 3 é colocado e exposto à acção do vento e é composto de um conjunto de elementos 6, 7, cuja secção é igual ou parecido a um arco de coroa circular e tendo como característica tamanhos muito pequenos em relação ao desenvolvimento do 3/12 comprimento (não mostrado uma vez normalmente ao plano dos desenhos). Estes elementos 6,7 serão referenciados como línguas (mesmo que eles não sejam limitados a esse arranjo), e são iguais, paralelos e à mesma distancia um do outro, e globalmente formam uma rede fechada, deslizando sob a acção do vento ao longo do caminho q eu é caracterizado por duas secções de painéis mutuamente conectadas por duas secções em forma de meio cilindro 8, 9.

Ao longo deste caminho em forma de anel, línguas 6, 7 (divididas por claridade numa pluralidade de línguas de avanço 6 e uma pluralidade de línguas de retorno 7) são mantidas à mesma distancia e paralelas umas às outras por um ou mais elementos de suporte 10 que são flexíveis e inextensíveis (por exemplo um cinto dentado ou cadeia do tipo), mutuamente igual e paralelo, aos quais eles são ancorados para que não tenham liberdade angular ao longo do seu plano seccional. Destes elementos, obviamente apenas um deles é mostrado nas Figuras, que é o que pode ser encontrado no plano das figuras. É claro que o processo de ancoramento das línguas 6, 7 aos elementos de suporte 10 é levado a cabo para que o plano longitudinal de simetria das línguas 6, 7 tenha, em relação à direcção do vento, um ângulo que é escolhido no desenho do aparelho 1 numa maneira óptima de acordo com as aplicações. Isto geralmente implica que os planos de deslizamento dos suportes 10 perto da parte das secções rectangulares sejam oblíquos em relação à direcção do vento, como pode ser visto em todas as Figuras. O elemento flexível de suporte 10 (movendo-se ao longo da direcção B nas Figuras) é ligado nas áreas de movimento reverso 8, 9 com instalações de duas ou mais roldanas dentadas 4, 4', pelo menos uma que é capaz de transmitir a 4/12 energia mecânica pelas línguas 6, 7 para uma máquina de utilizador a jusante (não mostrado, por exemplo um gerador eléctrico, uma bomba de curetagem de água, etc.) Obviamente, nas secções planas do trajecto, o elemento de suporte 10 terá que ser guiado com sistemas de baixa fricção (rodas de bolas, casquilhos ou outros) porque em geral as línguas 6, 7, recebem do ar que transita através delas, correntes equipadas com um componente não nulo transversal. A área interna da língua 6, 7 laço de movimento é ocupado por elementos de guia fixos 5', geometricamente do mesmo tipo das línguas 6, 7 cujo propósito é permitir a passagem de ar das línguas 6 que estão na área de avanço para as línguas 7 que estão na área de retorno, com o mínimo de perdas de energia.

De acordo com o aparelho de operação 1 da invenção, a Figura 2 mostra uma selecção aumentada do sistema as línguas de movimento 6,7 e os elementos de guia 5', em que vectores também aparecem que apontam fora da velocidade do ar nos diferentes planos de passagem entre as línguas 6,7 e os elementos guia 5' . A velocidade absoluta do ar (AV) e velocidade relativa (VR) módulos de vector e o a velocidade de deslizamento (V) módulos de vector das línguas 6, 7 (graficamente expresso numa escala arbitrária) em adição aos seus ângulos em relação ao plano do aparelho transversal 1, são devidas a uma computação teórica, cuja sua suposição básica é que a taxa volumétrica de fluência de ar é constante em todo o aparelho 1. Assim todas as variações são negligenciadas que lidam com pressão, massa volúmica e temperatura, devido a fricção e percas parasitas de vorticidades e acima de tudo devido a energia de trabalho que o ar transmite às línguas 6, 7 com consequente modificação dos seus módulos de velocidade entre entrada de ar e saída de ar. 5/12 0 inventor também descreve algumas fórmulas que levam em conta as variações em cima mencionadas, baseado na teoria de correntes estacionárias em fluidos. Será notado que o diagrama teórico mostrado na Figura 2 é bastante arbitrária no que diz respeito a tamanhos lineares de línguas 6, 7, em compilação com o raciocínio básico anterior: Se perdas são negligenciadas o comprimento do caminho não é necessário para as computações. Obviamente ângulo de saída e entrada de línguas móveis 6,7 e elementos guia 5' não arbitrários. Eles têm que necessariamente ser definidos (de uma maneira diferente ou igual um ao outro) para que a velocidade do ar não seja sujeita a variações angulares quando passa entre os diferentes membros, tais variações dando origem a vorticidades. No caso particular de computação cujos resultados são incluídos aqui, a seguinte hipóteses foi feita: a) a energia extraída do ar pelo retorno das línguas 7 é igual à energia absorvida pelas línguas de avanço 6. Isto levou a elementos de guia fixos 5' que são simetricamente em relação ao plano médio do aparelho 1 e às línguas móveis 6, 7 com ângulo 0 na sua extremidade interna; b) A energia dada pelo vento ao aparelho 1 é, compatível com a hipótese a), o máximo possível: isto definiu um ângulo óptimo entre o plano médio do aparelho 1 w o horizonte que é igual a 35°15'. Em relação à energia que pode ser obtida por unidade de secção de vento, no caso de computação escolhido a seguinte fórmula é usada: P = 1/3 η p V3

Onde: P é a entrada de densidade de ar em Kg/mc; V é a velocidade do vento em m/s; e 6/12 η é um coeficiente de eficiência.

Supondo, por exemplo, P=1.25 Kg/mc e η=0.7, os seguintes altos valores de energia são obtidos com respeito à velocidade do vento: V 8 12 16 20 m/s P 149.3 504.0 1194,7 2333.3 W/m2

Naturalmente é possível que uma configuração computacional diferente pode alcançar melhores resultados. Os valores de energia previamente mostrados correspondem à situação de balanço entre o resumo da corrente estática do vento para as línguas e os torques de resistência estáticas nas áreas de saída da estrutura 2. Deixa-nos saber um novo propósito que o utilizador está desligado. As línguas começarão a acelerar mantendo contudo a direcção do movimento sem alteração. Uma vez que a direcção do vento não é mudada pelo menos no início do tansitório, a inevitável consequência é um decréscimo do modulo e uma modificação de direcção em relação à velocidade relativa do ar em relação ás línguas de avanço 6. A modificação da direcção por seu turno implica a presença de um componente de velocidade relativa, que é normal à superfície da língua, que inevitavelmente cria por seu turno vorticidades, com perca de energia cinética e aumento de pressão no trânsito de ar. Este fenómeno, que é repetido também nas outras duas passagens a jusante entre as línguas moveis e fixas, faz o vento de chegada encontrar maiores obstáculos para a sua penetração no aparelho 1 e por consequência começa a ser deformado para baixo, tendendo a ser paralelo com a superfície exposta do aparelho 1. Isto diminui a taxa de fluência de ar através do aparelho 1. No final do transitório, as línguas terão alcançado uma velocidade 7/12 correspondente a uma quase nula taxa de trabalho de fluência, que é a estritamente necessária taxa de fluência para compensar para desgasto interno. Esta velocidade não carregada será chamada "velocidade de fuga".

Se o sistema de utilizador é excluído, mas requer menos energia que o nominal, o aparelho 1 tende a acelerar, sem alcançar a sua velocidade de fuga. Isto pode ser aceitável, dentro de alguns limites (por exemplo: baterias de alimentação dínamo ou banhos electrolíticos), ou podem não ser aceitável (por exemplo: alternador ligado a redes). Mas de qualquer maneira é necessário garantir um sistema de ajuste de taxa de entrada de fluência.

Um possível primeiro arranjo de ajuste (não mostrado) é garantido para que toda a estrutura 2 é instalada numa plataforma que roda à volta de um eixo vertical, para que a plataforma, equipada com um mecanismo adequado possa ser manejada por operadores ou sistemas automáticos para ajustar a exposição ao vento. Será provavelmente adequado, noutros casos, que o aparelho 1 seja capaz de ser orientado pela mesma acção de vento, para que de qualquer maneira seja dado ao vento o máximo de superfície de trabalho. Nestes casos os ajustes terão que ser dados a outro membro automático, como mencionado em baixo. Uma plataforma giratória similar tem sem duvidas menos problemas de estabilidade e segurança em relação a sistemas de orientação para grandes ventiladores com eixos horizontais.

Um segundo sistema de ajuste como mostrado na Figura 3 e 4, garante ao aparelho 1 ser equipado na sua entrada (ver Figura 3 e 4) com um sistema de partição composto de uma pluralidade de línguas 11 capazes de serem arranjadas e orientadas ao longo da superfície do aparelho 1 que é 8/12 directamente exposta ao vento. Se por exemplo a máquina for usada para alimentar alternadores ligados a redes eléctricas, uma velocidade de língua constante tem que ser garantida quando a carga muda. Após descobrir, com base em análises ambientais, qual é a velocidade de vento mais frequente na área das instalações, o aparelho 1 será desenhado para que a taxa de energia necessária para a instalação corresponda a tal velocidade (ou a uma velocidade razoavelmente mais baixa se os períodos de uso tenham que ser prolongados), e isso, em caso de vento mais forte, a taxa de fluência de ar é automaticamente reduzida por orientação diferente das línguas 11 do sistema de partição ou da plataforma rotativa ou de ambos.

Num segundo exemplo não limitativo de uso de tal sistema, o aparelho 1 pode trabalhar num intervalo de velocidade dado (se um dínamo for usado, por exemplo). Em vez da frequência aqui o sistema automático para actuar nas línguas de partição 11 pode ser baseado na velocidade de movimento das línguas, operando assim de modo a manter tal velocidade no intervalo garantido pelas características dos utilizadores.

Um terceiro sistema de ajuste pode finalmente garantir para a possível variação da inclinação da frente do aparelho 1 em relação ao horizonte, fazendo o aparelho 1 girar à volta de si próprio à volta de um dos seus eixos horizontais, por exemplo o mais baixo.

Isto pode ser útil entre outras coisas em caso de vento forte excepcional para mais ou menos virar o aparelho 1 de modo a reduzir a face frontal exposta ao vento e as tensões na estrutura e fundações. 9/12

Algumas incorporações preferidas da presente invenção foram mostradas e descritas aqui: obviamente, irá ocorrer a pessoas qualificadas na arte numerosas variações e modificações, funcionalmente equivalentes às anteriores, são possíveis e caiem no objecto da invenção como apontado pelas reivindicações incorporadas.

Por exemplo, uma protecção pode ser garantida na área de saída de ar da estrutura 2 da acção directa do vento.

Isto, se por um lado permite uma saída de ar do aparelho 1 não incomodada, por outro lado gera, como conhecido, um aumento de pressão nesta área que pode útil uma vez que o ar vindo do aparelho 1, tendo perdido a sua velocidade, dependendo na já mencionada teoria de correntes estacionarias, certamente ganhará densidade e pressão.

Com o outro exemplo, pode ser garantido que o aprelho 1 da invenção seja equipado com pelo menos um sensor de velocidade de vento (não mostrado) e uma máquina de sensor de velocidade de utilizador (não mostrado), de modo a arranjar um controlo eléctrico e parte comando que dependendo das velocidades detectadas permita orientação do aparelho 1 da maneira mais eficiente.

Para além disso é possível garantir uma pluralidade de aparelhos 1 como descrito em cima que são arranjados uns por cima dos outros e lado a lado em paralelo de acordo com aplicações.

Ainda mais a velocidade de fuga pode ser usada nas manobras iniciais do aparelho 1 começando iniciando-o sem carga até tais velocidades serem alcançadas e depois gradualmente inserindo os utilizadores (por exemplo através de um 10/12 aparelho de embraiagem) com a gradual desaceleração do aparelho para a sua velocidade de operação.

Lisboa, 11/12

Referencias citadas na Descrição

Esta lista de referências citadas pelo requerente é apenas para conveniência do leitor. Ela não faz parte do documento da Patente Europeia. Apesar de se ter tido muito cuidado em compilar as referencias, erros ou omissões não podem ser excluídos e o EPO exclui toda a responsabilidade neste aspecto.

Documentos de patentes citados na descrição Patente Americana 4049300 A Patente Americana 4186314 A 12/12

Claims (7)

1. Reivindicações 1. Um aparelho estático propulsor de vento (1) compreendendo: - Uma estrutura de suporte (2) adaptada para permitir entrada e saida de vento do aparelho; e - Um elemento propulsor lingueta (3) colocado no interior da dita estrutura de suporte (2) de tal maneira para que possa ser atravessada pelo vento e sem ter movimento, o dito propulsor (3) sendo realizado numa configuração de ciclo fechado e rodando à volta pelo menos um par de roldanas com dentes (4,4') adaptadas para transmitir energia a máquinas utilizadoras a jusante, as ditas roldanas com dentes (4, 4') sendo adaptadas para rodarem à volta de eixos cuja posição natural pode ser mudada num meio de espaço controlado, o dito elemento propulsor (3) sendo colocado à volta de uma área interna de transferência de ar (5) e sendo composta de uma pluralidade de patilhas de avanço (6), uma pluralidade de patilhas de retorno (7) e pelo menos duas áreas de patilhas de inversão (8, 9) adaptadas para mutuamente conectarem as ditas patilhas de avanço (6) e as ditas patilhas de retorno (7); Caracterizado em que o dito aparelho (1) é depois equipado com uma pluralidade de patilhas de separação (11) colocadas a montante da pluralidade das patilhas de avanço (6) de tal maneira para reduzir a força do vento que entra no dito veiculo (1), as ditas patilhas de separação (11) sendo adaptadas para rodarem de tal maneira para garantir um ângulo de entrada de vento variável. 1/3 2. 0 aparelho (1) de acordo com a reivindicação 1 caracterizado em que a dita pluralidade de patilhas de avanço (6) e a dita pluralidade de patilhas de retorno (7) são suportadas por um ou mais elementos de suporte de ciclo fechado (10) e são adaptados para realizar um ângulo que é diferente de 0o entre os seus planos longitudinais de simetria e a direcção de entrada e saída do vento.
2. 3. O aparelho (1) de acordo com a reivindicação 2 caracterizado em que o ângulo formado pelo plano longitudinal de simetria das patilhas de avanço (6) e a direcção do vento de entrada é diferente do ângulo formado pelo plano longitudinal de simetria das patilhas de retorno (7) com a direcção do vento de saída.
3. 4. O aparelho (1) de acordo com a reivindicação 1 caracterizado em que a dita área de transferência de vento interna (5) é equipada com uma pluralidade de elementos guia (5') cujo plano longitudinal de simetria forma um ângulo diferente de 0o com a direcção do vento de entrada.
4. 5. O aparelho (1) de acordo com a reivindicação 2, 3 ou 4 caracterizado em que os ângulos formados pelos eixos longitudinais das patilhas de avanço (6), patilhas de retorno (7) e elementos guia (5') com a direcção do vento são respectivamente diferentes umas das outras.
5. 6. O aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado em que a dita estrutura (2) é instalada numa plataforma rodando à volta de um eixo vertical para que a dita estrutura (2) possa ser orientada numa tal direcção para virar para o vento o máximo de superfície de trabalho ou para diminuir a sua exposição em caso de vento forte. 2/3 7. 0 aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado em que o ângulo entre o plano mediano do aparelho (1) e o horizonte é variado e ajustável dependendo na força do vento e necessidade do utilizador. 8. 0 aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado em que é equipado com pelo menos um sensor de velocidade de vento e uma maquina de sensor de vento para utilizador, o dito aparelho (1) sendo guiado e controlado por um controlo electrónico e a parte de comando, dependendo das velocidades detectadas, permitindo automaticamente ajustamento do aparelho (1) de acordo com as aplicações.
6. 10. O aparelho (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado em que para ser utilizado operativamente ligado a outro equipamentos (1) do mesmo tipo.
7. 11. O aparelho (1) de acordo com as reivindicações 1 a 10 caracterizado em que é que usado operativamente junto ou em paralelo com outros aparelhos (1) do mesmo tipo. Lisboa, 3/3